[论文解读] Effect of thermal shear on longitudinal spin polarization in a thermal model

Wojciech Florkowski, Avdhesh Kumar+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2021

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

本文在RHIC能量下基于单次冻结温度模型，研究了热剪切在产生Λ超子纵向自旋极化中的作用。通过引入近期提出的热剪切项与热涡度项并列分析，研究发现：尽管仅热剪切项能正确预测实验四极结构的符号，但其效应几乎与涡度贡献相互抵消，导致与实验数据不符——凸显了需重新评估自旋极化模型中梯度项的贡献。

ABSTRACT

By including the recently introduced thermal shear term that contributes to the spin polarization vector at local equilibrium, we determine longitudinal polarization of $\Lambda$ hyperons emitted from a hot and rotating hadronic medium using the thermal model with single freeze-out. In our analysis, we consider the RHIC top energies and use the model parameters which were determined in the earlier analyses of particle spectra and elliptic flow. We confirm that, unlike the previous calculations done by using only the thermal vorticity, the thermal shear term alone leads to the correct sign of the quadrupole structure of the longitudinal component of the polarization three-vector measured in experiments. However, we find almost complete cancellation between thermal shear and vorticity terms, which eventually leads to disagreement with the data. To clarify the role played by velocity and temperature gradient terms, we present a systematic analysis of different contributions to the longitudinal polarization.

研究动机与目标

• 为解决长期以来Λ超子纵向自旋极化中的'符号问题'，即流体动力学模型预测的动量依赖性符号与STAR实验数据相反。
• 研究新引入的热剪切张量（ξμν）对自旋极化的贡献，超越既有的热涡度（ϖμν）理论。
• 通过将各自的张量分解为独立分量，分离速度梯度与温度梯度在热涡度和剪切中的作用。
• 检验是否可通过引入热剪切项，使理论预测与RHIC顶能区Λ超子极化实验观测相一致。
• 在单次冻结热模型中，利用先前约束的参数，阐明流体动力学梯度与自旋极化之间的相互作用。

提出的方法

• 采用扩展的流体动力学参数化方式的单次冻结温度模型，描述在RHIC顶能区（130 GeV）下，来自高温旋转强子介质的粒子发射。
• 同时引入热涡度 ϖμν = −1/2(∂μβν − ∂νβμ) 与热剪切 ξμν = 1/2(∂μβν + ∂νβμ)，其中 βμ = uμ/T。
• 将 ϖμν 与 ξμν 分别拆分为速度梯度（I）与温度梯度（II）分量，以分离其独立贡献。
• 采用先前拟合PHENIX实验数据（粒子谱、椭圆流与HBT半径）所确定的模型参数（τf, rmax, ϵ, δ）。
• 利用包含涡度与剪切项的完整自旋极化公式，计算自旋极化矢量的纵向分量。
• 将所得的纵向极化动量依赖性与STAR实验数据进行比较，以评估理论与实验的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 热剪切项单独作用时，是否能产生Λ超子纵向极化中四极结构的正确符号？
• RQ2 速度梯度与温度梯度对热涡度与剪切的贡献，在最终自旋极化中分别起到多大程度的影响？
• RQ3 为何在当前模型中，热剪切项与热涡度项结合后仍无法解决符号问题？
• RQ4 热涡度与剪切在纵向极化分量中如何相互抵消？
• RQ5 与数据的偏差是否可归因于特定梯度项，特别是剪切与涡度张量中的温度梯度？

主要发现

• 仅热剪切项可产生具有正确四极结构符号的纵向极化，与STAR实验观测到的趋势一致。
• 然而，当与热涡度项结合时，热剪切与涡度的贡献在纵向极化分量中几乎完全相互抵消。
• 这种近乎完全的抵消导致净极化不匹配实验数据，表明当前同时包含两项的模型无法解决符号问题。
• ϖμν 与 ξμν 中的温度梯度贡献在抵消过程中起关键作用，尤其在纵向分量中表现显著。
• 分析表明，速度梯度项主导了极化信号，而温度梯度项引入了显著修正，从而削弱了净效应。
• 研究结果表明，为解释观测到的极化数据，可能需要对模型的参数化方式或关于局部平衡的假设进行修正。